时域超高层建筑横风向风振模拟及分析

超高层建筑结构横风向风荷载研究——对于超高层建筑结构，我国荷载规范只给出了顺风向的抗风设计方法，对于横风向风荷载则并没有给出规定。而在实际工程中的超高层建筑，有时横风向风荷载远大于顺风项，为控制荷载，因此目前我国荷载规范在超结构的横风向抗风设...

通过风洞试验得到典型超高层建筑的横风向脉动风荷载分布,将横风向脉动风荷载作用分解为横向紊流及旋涡脱落2种作用机理的共同作用,分析了横风向气动力谱的构成成分,并将分析结果与高频动态测力天平的结果进行了对比研究．结果表明:横向紊流对横风向气动力谱的贡献较小,而旋涡脱落激励对总横风向气动力谱的贡献较大;在不同风场中这些贡献量会发生改变．根据同步测压试验分解横风向气动力谱的方法可以清楚地解释超高层建筑横风向气动力谱的构成成分．

计算风工程作为风洞试验的补充技术,已得到越来越多的应用,但是使用rns方法进行非定常计算精度低,而大涡模拟可对大尺度漩涡直接求解,可以得到较精确的模拟结果。因此对超高层建筑进行了多工况的cfd大涡模拟,研究不同风向角下建筑表面风荷载的变化规律,并与风洞试验结果进行对比,简要阐述了建筑体型对风荷载的影响。将大涡模拟得到的非定常风压时程作为结构激励,采用频域法计算高层建筑的随机振动响应,根据惯性风荷载方法,求解结构的等效静力风荷载,并与风洞试验结果进行对比。对比分析表明,大涡模拟技术可以很好地模拟建筑表面风荷载,并可以克服测点布置、不同步测试带来的系统误差;频域法分析得到的等效静力风荷载与风洞试验结果基本一致,可以将本文方法计算得到的风荷载作为设计依据。

引入横风力谱模型,分析了某高宽比为6的方形截面高层建筑在不同地貌和风速条件下的横风向风振响应.同时考虑正气动阻尼的影响,获得该建筑在不同自振基频下的风振响应及气动阻尼影响的规律.分析结果表明,对于处于低粗糙度地貌并受较高风速作用的低频建筑物,当计算其横风向风振响应时,应适当考虑正气动阻尼的影响,使计算结果更具真实性.

基于风洞试验数据和随机振动理论,本文提出了矩形高层建筑横风向风振响应简化计算公式,这些简化公式的提出将求高层建筑横风向风振响应的复杂积分变为方便的代数运算。本文应用这些简化公式对大量的矩形高层建筑实例进行了计算、分析。将本文提出的简化公式计算结果与积分计算结果比较,相对误差基本上在5%以内,因此本文提出的公式有较高的精度。用本文简化公式计算得到的高层建筑横风向风振响应与日本建筑荷载规范、加拿大国家建筑规范计算得到的横风向风振响应比较,总体上差异较小。由于本文提出的简化公式所依据的风洞试验模型和数据较为精细,因此本文简化公式有相当高的可靠性与合理性。

大型超高层建筑结构具有自由度数庞大、小阻尼及振型密集等特点,针对传统方法在处理大型复杂实际结构受多点随机激励中存在计算效率比较低或精确性不高等不足,提出了基于虚拟激励法的复杂超高耸结构的随机风振响应分析方法.运用虚拟激励法将脉动风荷载作用下的多点激励转化为简谐虚拟激励向量,并根据平稳随机理论推导出相应风振响应的表达式,自动计入了多点风激励的空间相关性和振型间的相关性.以目前在建的深圳第一高楼——深圳金基大厦为算例,分析结果验证了方法的有效性和准确性,可以提高多点随机激励响应的计算效率和精确度,在大型高层实际工程风振响应计算分析中有较强的实用价值.

以天津某超高层结构的风振控制为研究对象,分析了风荷载的动力特性.针对该工程的自身特点提出了设置粘滞阻尼器(a)、设置双向调频质量阻尼器(b)、设置粘滞阻尼器和双向调频质量阻尼器(c)的三种减振控制方案,采用具有三维空间相关性的自回归过滤技术,进行了不同控制方案下的风振控制动力分析,对比分析了不同方案下的控制效果.结果表明:在特定的加强层处设置粘滞阻尼器及在顶层设置调谐质量阻尼设备均能够耗散风振作用输入能量的30％以上,进而有效衰减结构的风致振动响应,保证主体结构的正常使用工作状态.依据分析结果对超高层结构体系风振控制的分析与设计提出了建议.

文章以某超高层建筑为工程背景,利用etabs9.7软件模拟了该层结构所受的脉动风速过程,进行了不同风压影响下的风振响应分析,模拟了5种非线性黏滞阻尼器的振动控制方案,并对不同方案的减振效果做出了对比分析。研究结果表明,该工程减振方案所用的黏滞流体阻尼器性能稳定,可以有效降低结构风致振动响应,结构顶点位移和加速度响应的降幅最大达35.25%和37.50%。

混合结构超高层建筑由于结构形式复杂,施工周期普遍较长,所以在施工安装过程中施工方案的不同以及实际施工荷载的施加顺序对结构的内力和变形影响较大。结合科威特中央银行总部大楼(centralbankofkuwaitnewheadquartersbuilding,简称cbk)这一混合结构超高层建筑的施工安装工程实例,应用有限元分析软件按照实际的施工顺序对施工过程进行模拟分析,对比不同方案得出的分析结果,可以了解不同施工方案中结构构件的应力变形在施工全过程中的发展情况,进而通过比较选择较为合理的施工方案,以确保复杂超高层建筑结构在施工过程中的安全。

风荷载是超高层建筑设计的主要荷载之一,而且通过风振时域分析可以更全面地了解超高层建筑风振响应特性,更直观地反映超高层建筑风致振动控制的有效性。因此,本文使用线性滤波法即白噪声滤波法(whitenoisefiltrationmethod,wnfm)中的自回归(auto-regressive,ar)模型模拟超高层建筑的风速时程。首先,考虑超高层建筑风速时程的时间和空间相关性,导出了四阶ar模型的参数表达式。接着,基于ar模型模拟了一幢高度为200m超高层建筑的风速时程。最后,通过比较模拟风速功率谱、模拟自相关函数和互相关函数与目标风速功率谱、目标自相关函数和互相关函数的吻合程度,验证基于ar模型模拟超高层建筑风速时程的可行性。

目前超高层建筑结构风振分析常采用的是规范的简化理论方法和基于风洞试验方法频域方法,随着结构体型的复杂化或周边建筑对风场有明显干扰时,进行结构风振时程分析是更为简单直接有效的方法。本文通过编程实现生成风洞试验中风荷载时程数据并导入有限元分析软件进行结构的时程分析,获得整体结构位移、内力以及加速度时程等重要数据,为规范方法不适用的超高层建筑结构风振响应分析及舒适度评估提供了可行的方法。

整体钢平台模板体系是适应超高层建筑主体施工需要的新型模板体系,在我国有广泛的应用前景。超高层建筑高度大、施工周期长,模板体系受风荷载影响较大,对模板体系的风振响应进行分析有利于保证其使用安全。通过建立整体钢平台模板体系和建筑结构共同工作的分析模型,考虑建筑结构刚度的不确定性,以矩阵摄动理论为基础,采用子区间分析法求解整个体系在脉动风作用下的动力响应,结果表明,模板体系动力响应的不确定性较大。

针对传统的谐波合成法模拟超高层建筑脉动风速场存在计算量大的问题,提出了考虑互谱密度矩阵为复数矩阵的一般情况,使用插值精度较高的样条插值技术来减少cholesky谱矩阵分解的次数,再使用fft技术进一步加快模拟计算速度的改进谐波合成法。为了阐明改进谐波合成法具有较好的模拟精度和较快的计算速度,运用该方法模拟了一栋225m高的超高层建筑脉动风速场,并与仅使用fft技术的谐波合成法即传统谐波合成法的模拟结果进行了对比分析。模拟结果的对比分析表明:尽管改进后的谐波合成法对谱分解矩阵采用了插值近似措施,但模拟的随机风速样本仍具有很好的精度,计算效率比传统的谐波合成法有了较大的提高。

超高层建筑的风振响应及等效静风荷载研究——为避免中国现行《建筑结构荷载规范》(gb50009-2001)中所采用的风振系数仅考虑结构的1阶振型，而不考虑周围环境影响对体型不规则超高层建筑结构抗风设计造成的不合理性，采用风洞试验与风振动力响应计算分析相结合的...

近年来大量超高层建筑结构与风荷载相关的研究工作相继开展,取得了很多有意义的成果。文章以某超高层建筑为例进行了研究,在随机风致振动影响下,叙述了风荷载特性与脉动风荷载的数值模拟方法。采用matlab软件分析了结构在x、y两个不同方向在脉动风荷载作用下的时程响应,为提高结构的安全舒适使用性能以及为该结构的风振控制设计提供了依据和参考。

风荷载是超高层建筑设计的主要荷载之一,而且风振时域分析可以更全面地了解超高层建筑风振响应特性,更直观地反映超高层建筑风致振动控制的有效性。因此,使用谱解法(spectralrepresentationmethod,srm)模拟超高层建筑的风速时程。首先,考虑超高层建筑风速时程的时间和空间相关性,导出了使用srm-fastfouriertransform(fft)模拟超高层建筑五点脉动风速时程的显示理论表达式,指出了单边风速功率谱与双边风速功率谱在系数选取上的差别,这方面国外学者基本都是应用双边风速功率谱。接着,基于超高层建筑五点脉动风速时程的显示理论表达式,模拟了一幢高度为200m超高层建筑上20个点的风速时程。最后,通过比较模拟自相关函数和互相关函数与目标自相关函数和互相关函数的吻合程度,验证了srm-fft模拟超高层建筑上任意点数脉动风速时程的可行性。

随着海岛城市高层建筑兴建量的与日俱增,由此而产生的风环境已不可轻视。文中主要选用k-ξ湍流模型,应用cfd数值方法模拟高层建筑风环境的分布情况,从而分析风环境对建筑的影响和建筑对人的舒适感的影响。为今后的高层、超高层建筑的设计施工及现有建筑的环境改善提供一个有效的参考平台。

用由风洞试验得出的横风向荷载功率谱密度公式,推导出考虑结构-土相互作用(ssi)的横风向荷载功率谱密度和结构的频率响应函数矩阵公式,得到结构横风向风振响应计算公式。对超高层建筑横风向振动算例说明,考虑ssi后,房屋高度、土层的剪切波速和结构阻尼比的变化,对结构顶层的弹性位移、总位移和总加速度响应有不同影响,并指出不考虑ssi,高层建筑的横风向风振响应可能偏于不安全,因而对不同的响应类型,给出了不需考虑ssi的结构阻尼比取值范围的建议值。

基于计算流体力学的数值模拟方法,研究了矩形截面钝体高柔结构风致横风向失稳式振动(驰振).为反映结构运动对流动风场的影响,除建立固定不动的计算区域外,还建立了随结构运动的物理区域,在计算区域中修正了流动风场的控制方程,采用标准sgs大涡模型,开发出wssg建筑风场模拟程序,捕捉到结构在风场作用下的驰振现象,并从流场结构等方面分析了引发机理.

根据湍流脉动压力的产生机理,从湍流理论的基本方程出发,根据taylor关于湍流的"冻结"假定,导出了湍流脉动风压谱密度函数的解析计算公式。在分析过程中考虑了压力方程源项中全部"紊动—剪切"项的影响。若取用合适的湍流积分尺度,则由此公式得出的横风向脉动风压谱密度函数值与足尺观测数据相吻合,因此对以前的研究成果有一定的改进。由于在接近结构第一阶自振频率时,谱函数值仍处于较高的水平,因此根据湍流脉动风压谱密度函数计算得出的结构横风向风振动力反应位移值与加速度值均高于由日本规范等公式中规定的漩涡脱落扰力引起的反应值,而且推测随结构高度的增加这一影响也有增加的趋势。建议对此问题进行更深入的研究并在高层建筑结构设计时考虑这一差别的影响。

高层建筑的顺风向风振响应分析及舒适度研究——根据性能设计的要求，高层建筑的抗风设计需要考虑人员舒适性要求。本文提出了用于结构顺风向风振响应分析的广义脉冲响应函数法，用来计算随机激励和结构响应之间的传递函数，这样就可以计算高层建筑结构在风荷载作...

研究了超高层建筑在变化的风荷载作用下的振动响应。将风荷载假设为正弦变化的外力,同时考虑了风力做功、动能与建筑自身重力做功。根据哈密顿原理,得出了横向振动的控制方程和固有边界条件。据此可求得振动频率的变化,以及横向振动位移随着时间和高度坐标尺度的三维走势。结果表明:横向振动频率随着建筑高度的增加而减小,风力作用下的横向振动为低频响应。